[發明專利]一種瞬態溫度測量校準方法及系統

有效

• 申請號: 202110353413.8
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113203499B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 楊燦;成曉北;李國梁;孟桓如;鄧天倫
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01K15/00
• 分類號: G01K15/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 胡秋萍

本發明公開了一種瞬態溫度測量校準方法及系統，屬于發動機測試領域，方法包括：獲取待測物體中熱電偶的瞬態溫度測量值；根據瞬態溫度測量值計算熱電偶表面熱流，根據熱電偶表面熱流計算待測物體的表面熱流；對待測物體的表面熱流與待測點處的單位沖激響應進行卷積運算，得到待測點處的瞬態溫度，待測點為待測物體中的任一點。通過設計合理的算法，解決熱電偶測量瞬態溫度時所固有的引入誤差問題，校準熱電偶測得的瞬態溫度，減小熱電偶的引入誤差，提高溫度測量精度；該算法充分考慮不同待測對象、不同熱電偶結構和材料的差異，具有很強的普適性；用于發動機活塞表面瞬態溫度測量時，可以為發動機缸內燃燒和傳熱溫度研究提供可靠的基礎數據。

技術領域

本發明屬于發動機測試領域，更具體地，涉及一種瞬態溫度測量校準方法及系統。

背景技術

活塞表面的溫度數據是研究內燃機缸內燃燒和傳熱問題不可或缺的基礎數據，但是由于其具有高度的瞬態特性，使得其測量難度極大。測溫傳感器的響應速度必須足夠快，才能捕捉到活塞表面的溫度變化，傳統的測溫傳感器難以滿足該測量要求。

目前常用的測溫傳感器為同軸表面節熱電偶和同軸薄膜熱電偶。同軸熱電偶測溫屬于接觸式測溫，在活塞待測點安裝同軸熱電偶會破壞原有待測點位置的溫度場，即熱電偶的指示溫度并非待測點的真實溫度，從而產生引入誤差。由于材料和結構等差異，同軸熱電偶的軸向導熱特性與待測活塞的軸向導熱特性往往存在較大的差異，使得引入誤差成為同軸熱電偶測量發動機活塞表面瞬態溫度的重要誤差來源。相關文獻表明當E型熱電偶用于鋁制活塞表面測溫時，在一個工作循環內，熱電偶測得的循環溫度波動比真實活塞表面循環溫度高出達79％。現有技術中，通過優化熱電偶結構、選型和材料匹配，降低熱電偶與待測對象軸向傳熱特性的差異，可以在一定程度上減小所述引入誤差。但是優選出的某熱電偶類型和結構只適用于特定的待測對象，不具有普適性；此外，熱電偶的傳熱特性很難與待測對象的傳熱特性完全一致，其校準精度有限。

發明內容

針對現有技術的缺陷和改進需求，本發明提供了一種瞬態溫度測量校準方法及系，其目的在于通過設計合理的算法，解決熱電偶測量瞬態溫度時所固有的引入誤差問題，校準熱電偶測得的瞬態溫度，提高溫度測量精度，且具有很高的普適性。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種瞬態溫度測量校準方法，包括：S1，獲取待測物體中熱電偶的瞬態溫度測量值；S2，根據所述熱電偶的瞬態溫度測量值計算熱電偶表面熱流，以及根據所述熱電偶表面熱流計算所述待測物體的表面熱流；S3，對所述待測物體的表面熱流與所述待測物體中待測點處的單位沖激響應進行卷積運算，得到所述待測點處的瞬態溫度，所述待測點為所述待測物體中的任一點。

更進一步地，所述待測點處的單位沖激響應為：

其中，h_r為所述待測點處的單位沖激響應，θ_r為所述待測點處的單位階躍響應，t為時間，q_step為單位階躍熱流，ρ為所述待測物體的材料密度，c為所述待測物體的材料比熱容，k為所述待測物體的材料導熱系數，α為所述待測物體的材料熱擴散系數，x為所述待測點距離待測物體表面的深度。

更進一步地，第三類邊界條件已知時，所述S2中根據所述熱電偶表面熱流計算所述待測物體的表面熱流包括：根據所述熱電偶表面熱流，迭代計算所述待測物體的表面熱流；

其中，為所述待測物體的表面熱流的初始值，q_a,s為所述熱電偶表面熱流，為第j+1次迭代時所述待測物體的表面熱流，為第j次迭代時所述待測物體的表面熱流，a_g為所述第三類邊界條件中的對流換熱系數，T_g為所述第三類邊界條件中的流體溫度，h_r,s為所述待測物體表面的單位沖激響應，j為迭代次數，j＝0,1,2,…。